Compressão de Imagens Binárias usando Codificação de Vizinhança Tiago B. A. de Carvalho Denise J. Tenório Tsang I. Ren George D. C. Calvacanti {tbac, djt, tir, gdcc}@cin.ufpe.br http://www.cin.ufpe.br/~viisar/

Roteiro Origem Codificação de Vizinhança Redução de Código Compressão Experimentos Resultados Eliminação de Braços

Origem I. J. Tsang, I.R. Tsang, D. Van Dyck. “Image coding using neighbourhood relations”. Pattern Recognition Letters 20. 1999, pages 1279-1286. I. R. Tsang, I. J. Tsang, “Neighbourhood Vector as Shape Parameter for Pattern Recognition”. WCCI – World Congress on Computational Intelligence - IJCNN 2006, Vancouver. IJCNN 2006. IEEE, 2006. p.3204 - 3209 . I. R. Tsang, I. J. Tsang, “Pattern Recognition Using Neighborhood Coding”. ICIAR – International Conference on Image Analysis and Recognition, Póvoa de Varzim. Lecture Notes in Computer Science - ICIAR 2006, LNCS. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2006.

Origem Codificação de Vizinhança

Origem Reconhecimento de Padrões

Origem Operadores morfologia

Codificação de Vizinhança Três tipos de vizinhança Torre: segmentos horizontais e verticais Bispo: segmentos diagonais Rainha: torre + bispo

Codificação de Vizinhança Três tipos de vizinhança

Codificação de Vizinhança Três tipos de vizinhança

Codificação de Vizinhança Três tipos de vizinhança

Redução de Códigos Códigos representam a imagem de forma redundante É possível eliminar códigos e ainda reconstruir a imagem sem perda Quais códigos selecionar? Aqueles que possuem a maior vizinhança t = n + s + l + o

Redução de Códigos Poder de codificação t = n + s + l + o t = ne + se + no + so t = n + s + l + o + ne + se + no + so Atualização do valor de t após a seleção de um código Aumenta o custo do algoritmo Porém faz com que convirja mais rápido

Redução de Códigos

Redução de Códigos

Redução de Códigos Códigos selecionados após a redução: Torre (esquerda), bispo (centro), rainha (direita)

Compressão 5 etapas Redução de códigos Agrupamento por vetor de vizinhança semelhantes Run-lenght encoding (RLE) RLE nos run-counts do RLE anterior Codificação Huffman

Compressão Redução de códigos Agrupamento por vetor de vizinhança semelhantes (x, y, n, s, l, o)  (x, y) (n, s, l, o) (2, 3, 4, 4, 3, 3)  (2,3) (4, 4, 3, 3) (3, 4, 4, 4, 3, 3)  (3,4) (4, 4, 3, 3) (4, 2, 4, 4, 3, 3)  (4, 2) (4, 4, 3, 3) (1, 0, 0, 0, 0, 0)  (1, 0) (0, 0, 0, 0) ...

Compressão Run-lenght encoding (RLE) (x, y, n, s, l, o)  (x, y) (n, s, l, o) (2, 3, 4, 4, 3, 3)  (2,3) (4, 4, 3, 3) (3, 4, 4, 4, 3, 3)  (3,4) (4, 4, 3, 3) (4, 2, 4, 4, 3, 3)  (4, 2) (4, 4, 3, 3) (1, 0, 0, 0, 0, 0)  (1, 0) (0, 0, 0, 0)  (4, 4, 3, 3) 3x (0, 0 , 0, 0) 1x (2, 3) (3, 4) (4, 2) (1,0)

Compressão RLE nos run-counts do RLE anterior Imagens halftone () 50x () 30x () 10x () 10x () 1x () 1x () 1x () 1x () 1x () 1x () 1x () 1x () 1x () 1x () 1x () 1x () 1x ....  [50x] 1x [30x] 1x [10x] 2x [1x] 500x Codificação Huffman Menos bits para os inteiros mais frequentes

Experimentos Base de imagens binárias: imagens 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9 são dígitos numéricos usando a fonte Arial tamanho 72 centralizadas em quadrados 128x128 As imagens bat-12 e bell-2 são descritores de forma retirados do MPEG-7 CE-Shape-1 part-B As imagens courier12, oldeng16, ouster, times12i e cat foram retiradas de Binary image compression challenge

Experimentos courier12, oldeng16, times12i (texto) ouster e cat (halftone)

Experimentos bat-12 e bell-2

Experimentos

Resultados Redução de Códigos Dimensão da imagem Largura x Altura Número de códigos inicial Redução usando Torre Bispo Rainha Nome Dimens, Inicial Torre Bispo Rainha 128x128 1,349 39 88 38 1 128x129 756 16 62 12 2 128x130 1,313 50 75 33 3 128x131 1,222 59 79 47 4 128x132 1,328 83 23 5 128x133 1,376 48 98 41 6 128x134 1,524 57 96 7 128x135 910 69 24 8 128x136 1,536 60 87 54 9 128x137 1,498 93 bat-12 474x216 58,903 328 807 303 bell-2 59x64 1,558 150 35 cat 380x469 73,145 50,420 15,712 12,008 courier12 374x46 1,111 314 717 233 oldeng16 476x55 3,515 628 1,201 447 ouster 108x144 6,880 2,324 1,835 1,494 times12i 278x46 1,179 435 618

Resultados Compressão (bytes) Tamanho do arquivo final Imagem Torre Bispo Rainha 277 428 364 1 143 268 141 2 337 401 326 3 384 433 4 251 415 262 5 328 501 392 6 377 493 453 7 254 344 246 8 389 473 479 9 360 499 437 bat-12 2,521 4,483 3,406 bell-2 232 571 295 cat 115,158 41,350 43,056 courier12 977 1,712 920 oldeng16 2,207 3,157 2,013 ouster 5,565 4,865 4,920 times12i 1,317 1,573 1,179 Compressão (bytes) Tamanho do arquivo final Torre Bispo Rainha NCC é o melhor dos 3

Resultados Compressão (bytes) JPEG Group4 (TIFF) PNG GIF JBIG NCC Imagem JPEG TIFF PNG GIF JBIG NCC 2,699 439 528 425 183 277 1 1,095 405 440 345 135 141 2 2,576 433 556 362 174 326 3 2,928 451 596 386 200 384 4 1,835 419 500 150 251 5 2,772 539 377 187 328 6 3,260 455 608 427 209 7 1,682 407 460 327 142 246 8 3,115 555 417 194 389 9 3,162 457 603 199 360 bat-12 12,669 817 1,250 1,433 404 2,521 bell-2 1,910 392 254 148 232 cat 190,245 69,781 8,129 10,540 6,310 41,350 courier12 10,546 979 760 823 412 920 oldeng16 14,770 1,599 1,354 1,600 797 2,013 ouster 16,742 4,335 1,934 1,889 1,231 4,865 times12i 9,314 1,083 833 794 426 1,179

Outros tópicos Multirresolução Codificação Aritmética Inserir entropia nos pares (x,y) Operadores morfológicos MPEG 7 CE Shape Database Eliminação de braços (segmentos ou vizinhanças) ...